كشف باحثون من جامعة إلينوي أوربانا-شامبين عن تقنية جديدة قد تُحدث تحولا كبيرا في طريقة تبريد مراكز البيانات ، مع إمكانية خفض استهلاك الطاقة المخصص للتبريد من نحو 30% إلى 1.1% فقط من إجمالي الطاقة.

وتأتي هذه الخطوة في ظل تزايد الضغط على مراكز البيانات عالميًا بسبب النمو السريع في استخدام الذكاء الاصطناعي والحوسبة السحابية.

التبريد: العقبة الأكبر أمام تطور الشرائح

أوضح الباحثون أن تبريد شرائح الحاسوب أصبح أحد أكبر التحديات في تصميم أنظمة الحوسبة الحديثة، حيث تولد المعالجات القوية حرارة كبيرة يصعب التحكم بها بالطرق التقليدية.

وفي الوقت الحالي، تعتمد معظم مراكز البيانات على التبريد الهوائي، وهو نظام منخفض التكلفة لكنه غير كافٍ لمواكبة التطور السريع في قدرات المعالجة.

التبريد السائل المباشر للشرائح

يعتمد الابتكار الجديد على نظام يُعرف باسم “التبريد السائل المباشر للشرائح”، حيث يتم استخدام ألواح معدنية تحتوي على زعانف دقيقة تسمح بمرور سائل التبريد مباشرة قرب مصدر الحرارة.

لكن ما يميز هذا التطوير هو تصميم الزعانف بشكل غير تقليدي باستخدام خوارزميات رياضية متقدمة بدلاً من الأشكال الهندسية البسيطة المستخدمة عادة.

التصميم الأمثل باستخدام الخوارزميات

استخدم الفريق تقنية تُعرف باسم التحسين الطوبولوجي (Topology Optimization)، والتي تسمح بتصميم شكل مثالي لسطح التبريد من حيث نقل الحرارة وتقليل استهلاك الطاقة.

وأوضح الباحث بهنود بازمي أن هذا النهج يربط بين التصميم الحسابي وقدرات التصنيع الحديثة لتحقيق كفاءة أعلى في التبريد.

تصنيع النحاس باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد

لتحويل التصميم المعقد إلى منتج فعلي، استخدم الباحثون تقنية التصنيع الإضافي الكهروكيميائي (ECAM)، وهي طريقة متقدمة تعتمد على بناء النحاس طبقة بعد طبقة بدقة عالية جدا.

وتتيح هذه التقنية تصنيع هياكل نحاسية دقيقة للغاية تصل إلى مستوى 30 ميكرومتر، مما يجعلها أكثر كفاءة من المواد التقليدية المستخدمة في التبريد.

أداء أعلى واستهلاك أقل للطاقة

أظهرت النتائج أن الألواح الجديدة توفر أداء تبريد أفضل بنسبة 32% مقارنة بالتصاميم التقليدية، كما تقلل استهلاك الطاقة اللازمة لضخ سائل التبريد بنسبة 68%.

ويشير الباحثون إلى أن هذه التقنية قد تخفض استهلاك الطاقة في مراكز بيانات ضخمة من 550 ميغاواط إلى نحو 11 ميغاواط فقط مخصصة للتبريد.

وقال الباحث الرئيسي نناد ميلجكوفيتش إن هذا الابتكار قد يغير الطريقة التي تُصمم بها أنظمة التبريد في المستقبل.

أهمية الابتكار لمستقبل الذكاء الاصطناعي

مع النمو السريع لتقنيات الذكاء الاصطناعي، أصبحت مراكز البيانات تستهلك كميات هائلة من الطاقة، مما يشكل تحديا كبيرا لشبكات الكهرباء.

وتشير التقديرات إلى أن هذه المراكز قد تستهلك نحو 12% من إجمالي الطاقة في بعض الدول خلال السنوات القادمة.

تطبيقات أوسع من مراكز البيانات

يرى الباحثون أن هذه التقنية لا تقتصر على مراكز البيانات فقط، بل يمكن استخدامها في مجالات صناعية أخرى تحتاج إلى أنظمة تبريد عالية الكفاءة.